一種採空區阻化劑高效噴灑系統及噴灑方法
2023-10-19 12:37:02 2
一種採空區阻化劑高效噴灑系統及噴灑方法
【專利摘要】一種採空區阻化劑高效噴灑系統及噴灑方法，屬於煤礦井下自燃災害防治【技術領域】。系統包括阻化泵站及輸氮管路；儲液箱與阻化泵的輸入端相連，第一阻化泵的輸出端經第一過濾器與霧化器的輸入端相連，霧化器的輸出端與三通的第一埠相連，三通的第二埠與輸氮管路相連，在三通的第三埠上設置有第一壓力表；第二阻化泵的輸出端經第二過濾器後分別與設置在液壓支架後部的噴頭相連；在第一過濾器與霧化器之間的管路上設置有第一高壓球閥，在第二過濾器與噴頭之間的管路上設置有第二壓力表和第二高壓球閥，在輸氮管路上設置有第三壓力表。方法：以高壓氮氣為載體送入霧化阻化劑與工作面支架後部多點自動噴灑相結合的方式。
【專利說明】一種採空區阻化劑高效噴灑系統及噴灑方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於煤礦井下自燃災害防治【技術領域】，特別是涉及一種採空區阻化劑高效 噴灑系統及噴灑方法。
【背景技術】
[0002] 煤炭的自然發火現象是煤礦開採最主要的威脅之一。在我國重點煤礦中，大約有 50%的礦井存在煤炭自然發火危險，礦井火災總次數的94%為煤炭自然發火，其中採空區 煤炭自然發火約佔60%。煤炭自然發火已經造成約42億噸優質煤炭的損失，目前仍以每 年3000萬噸的損失量增加。同時，採空區煤炭自燃容易產生許多有毒有害氣體，這些氣體 隨著風流擴散進入工作面或巷道中，經常造成煤礦工作人員中毒甚至死亡。
[0003] 國外一些國家如日本、美國、原蘇聯等在60年代開始使用阻化劑進行採空區防滅 火，其作用機理是：（1)增加煤在低溫時的化學惰性，或提高煤氧化的活能；（2)形成液膜包 圍煤塊和煤的表面裂隙面；(3)充填煤柱內部裂隙；(4)增加煤體的蓄水能力；（5)水分蒸 發吸熱降溫。實質是降低煤在低溫時的氧化速度，延長煤的自然發火期。我國目前採用阻 化率和阻化壽命作為衡量阻化劑的兩個重要指標。阻化壽命即阻化劑噴灑至煤體表面後， 從開始生效至失效所經過的時間；阻化壽命時間內阻化率越大，說明阻化劑對煤氧化的阻 止作用越大。目前煤礦最常用的阻化劑多為：氯化鎂、氯化鈣、氯化銨等無機鹽類阻化劑。
[0004] 傳統的礦井阻化劑噴灑方法：表面噴灑、用鑽孔向煤體壓注以及利用專用設備向 採空區送入霧化阻化劑等。向採空區內噴灑阻化劑時，多採用表面噴灑或送入霧化阻化劑。 進行表面噴灑，一般由井下作業人員手持噴槍或在液壓支架後部安裝噴頭，每當工作面推 進一段距離，向採空區噴灑阻化劑。表面噴灑僅限為液壓支架後部幾米範圍內，無法向採空 區深部遺煤提供二次噴灑以提高其阻化壽命，當工作面推進速度較慢時，容易使採空區深 部遺煤喪失阻化效果，造成自燃隱患。而利用專用設備向採空區送入霧化阻化劑時，霧化阻 化劑雖然可隨漏風向採空區深入一段距離，但漏風風壓較小，阻化劑進入採空區深部存在 困難。由上述分析可知：傳統的阻化劑噴灑方法，可在一定程度上起到阻化效果，但仍存在 一些問題有待改進。
【發明內容】
[0005] 針對現有礦井阻化劑噴灑工藝存在的問題，本發明提供一種採空區阻化劑高效噴 灑系統及噴灑方法。其採用以高壓氮氣為載體送入霧化阻化劑與工作面支架後部多點自動 噴灑相結合的方式，實現支架後部採空區遺煤全面高效噴灑及深部採空區遺煤二次噴灑， 並達到阻化、惰化多重效果。
[0006] 為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案，一種採空區阻化劑高效噴灑系統， 包括設置在進風巷靠近下隅角處的第一阻化泵站、設置在迴風巷靠近上隅角處的第二阻化 泵站及設置在進風巷的輸氮管路；第一阻化泵站由第一儲液箱、第一阻化泵、第一過濾器及 第一高壓球閥組成，第一儲液箱與第一阻化泵的輸入端相連通，第一阻化泵的輸出端經第 一過濾器與霧化器的輸入端相連通，霧化器的輸出端與三通的第一埠相連通，三通的第 二埠與輸氮管路相連通，在三通的第三埠上設置有第一壓力表；第二阻化泵站由第二 儲液箱、第二阻化泵、第二過濾器及第二高壓球閥組成，第二儲液箱與第二阻化泵的輸入端 相連通，第二阻化泵的輸出端經第二過濾器後分別與設置在液壓支架後部的噴頭相連通； 在第一過濾器與霧化器之間的管路上設置有第一高壓球閥，在第二過濾器與噴頭之間的管 路上設置有第二壓力表和第二高壓球閥，在輸氮管路上設置有第三壓力表。
[0007] 所述三通的第二埠氣霧阻化劑的輸送方向與輸氮管路的氮氣的輸送方向之間 的夾角小於30°。
[0008] 所述輸氮管路的管路釋放口按向上45°傾角高於底板1?2m設置，並在管路釋放 口打Im花眼。
[0009] 所述第一阻化泵站和第二阻化泵站均安裝在平板軌道車上。
[0010] 所述第一阻化泵站的各元件通過第一高壓膠管相連接，所述第二阻化泵站的各元 件通過第二高壓膠管相連接，第二高壓膠管與設置在液壓支架上的工作面高壓膠管相連 通，工作面高壓膠管通過支膠管與噴頭相連通。
[0011] 採用所述的採空區阻化劑高效噴灑系統的噴灑方法，包括如下步驟：
[0012] 步驟一：開啟採空區阻化劑高效噴灑系統之前，先確定採煤工作面每推進一個循 環第一、第二阻化泵站噴灑阻化劑用量以及輸氮管路向採空區注氮流量；
[0013] 步驟二：向第二儲液箱內添加阻化劑與水，充分攪拌後，開啟第二阻化泵站和第二 高壓球閥，攪勻後的阻化劑與水經第二阻化泵加壓及第二過濾器過濾後，通過液壓支架後 部的噴頭向採空區自動噴灑；採煤工作面每推進一個循環，進行一次阻化劑噴灑；
[0014] 步驟三：通過輸氮管路向採空區內注氮，並測試輸氮管路內氮氣壓力；向第一儲 液箱內添加阻化劑與水，充分攪拌後，開啟第一阻化泵站和第一高壓球閥，調整第一阻化泵 壓力，使霧化後的阻化劑壓力與輸氮管路內氮氣壓力相同；霧化後的阻化劑進入輸氮管路， 以氮氣為載體，向採空區深部飄散。
[0015] 步驟一中所述的採煤工作面每推進一個循環第一、第二阻化泵站噴灑阻化劑用 量，由下式確定：
[0016] V = KrLShA
[0017] 式中：V-採煤工作面全長噴灑阻化劑用量，t ;
[0018] K-易自燃部位阻化劑溶液噴灑富裕係數；
[0019] r-採空區遺煤容重，t/m3 ;
[0020] L-工作面全長，m ;
[0021] S--次噴灑寬度，m;
[0022] h_遺煤厚度，m;
[0023] A-遺煤吸阻化劑量，t/t煤。
[0024] 步驟一中所述的輸氮管路向採空區注氮流量，由下式確定：
【權利要求】
1. 一種採空區阻化劑高效噴灑系統，其特徵在於包括設置在進風巷靠近下隅角處的第 一阻化泵站、設置在迴風巷靠近上隅角處的第二阻化泵站及設置在進風巷的輸氮管路；第 一阻化泵站由第一儲液箱、第一阻化泵、第一過濾器及第一高壓球閥組成，第一儲液箱與第 一阻化泵的輸入端相連通，第一阻化泵的輸出端經第一過濾器與霧化器的輸入端相連通， 霧化器的輸出端與三通的第一埠相連通，三通的第二埠與輸氮管路相連通，在三通的 第三埠上設置有第一壓力表；第二阻化泵站由第二儲液箱、第二阻化泵、第二過濾器及第 二高壓球閥組成，第二儲液箱與第二阻化泵的輸入端相連通，第二阻化泵的輸出端經第二 過濾器後分別與設置在液壓支架後部的噴頭相連通；在第一過濾器與霧化器之間的管路上 設置有第一高壓球閥，在第二過濾器與噴頭之間的管路上設置有第二壓力表和第二高壓球 閥，在輸氮管路上設置有第三壓力表。
2. 根據權利要求1所述的採空區阻化劑高效噴灑系統，其特徵在於所述三通的第二端 口氣霧阻化劑的輸送方向與輸氮管路的氮氣的輸送方向之間的夾角小於30°。
3. 根據權利要求1所述的採空區阻化劑高效噴灑系統，其特徵在於所述輸氮管路的管 路釋放口按向上45°傾角高於底板1?2m設置，並在管路釋放口打Im花眼。
4. 根據權利要求1所述的採空區阻化劑高效噴灑系統，其特徵在於所述第一阻化泵站 和第二阻化泵站均安裝在平板軌道車上。
5. 根據權利要求1所述的採空區阻化劑高效噴灑系統，其特徵在於所述第一阻化泵 站的各元件通過第一高壓膠管相連接，所述第二阻化泵站的各元件通過第二高壓膠管相連 接，第二高壓膠管與設置在液壓支架上的工作面高壓膠管相連通，工作面高壓膠管通過支 膠管與噴頭相連通。
6. 採用權利要求1所述的採空區阻化劑高效噴灑系統的噴灑方法，其特徵在於，包括 如下步驟： 步驟一：開啟採空區阻化劑高效噴灑系統之前，先確定採煤工作面每推進一個循環第 一、第二阻化泵站噴灑阻化劑用量以及輸氮管路向採空區注氮流量； 步驟二：向第二儲液箱內添加阻化劑與水，充分攪拌後，開啟第二阻化泵站和第二高壓 球閥，攪勻後的阻化劑與水經第二阻化泵加壓及第二過濾器過濾後，通過液壓支架後部的 噴頭向採空區自動噴灑；採煤工作面每推進一個循環，進行一次阻化劑噴灑； 步驟三：通過輸氮管路向採空區內注氮，並測試輸氮管路內氮氣壓力；向第一儲液箱 內添加阻化劑與水，充分攪拌後，開啟第一阻化泵站和第一高壓球閥，調整第一阻化泵壓 力，使霧化後的阻化劑壓力與輸氮管路內氮氣壓力相同；霧化後的阻化劑進入輸氮管路，以 氮氣為載體，向採空區深部飄散。
7. 根據權利要求6所述的採用採空區阻化劑高效噴灑系統的噴灑方法，其特徵在於步 驟一中所述的採煤工作面每推進一個循環第一、第二阻化泵站噴灑阻化劑用量，由下式確 定： V = KrLShA 式中：V-採煤工作面全長噴灑阻化劑用量，t ; K-易自燃部位阻化劑溶液噴灑富裕係數； r-採空區遺煤容重，t/m3 ; L-工作面全長，m ; S--次噴灑寬度，m; h_遺煤厚度，m ; A-遺煤吸阻化劑量，t/t煤。
8. 根據權利要求6所述的採用採空區阻化劑高效噴灑系統的噴灑方法，其特徵在於步 驟一中所述的輸氮管路向採空區注氮流量，由下式確定：
式中：QN-注氮流量，m3/h ; Q〇-採空區氧化帶漏風量，m3/min ; C1-採空區氧化帶內平均氧濃度，％; C2-採空區惰化防火指標，％; Cn-注入採空區中的氮氣純度，％; k_備用係數。
9. 根據權利要求6所述的採用採空區阻化劑高效噴灑系統的噴灑方法，其特徵在於沿 下隅角向採空區埋設一條輸氮支管，所述輸氮支管與輸氮管路相連通，當輸氮支管的管路 釋放口隨工作面推進至採空區氧化帶後，開始注氮氣和氣霧阻化劑，同時埋設第二條輸氮 支管，當第二條輸氮支管的管路釋放口推進至採空區氧化帶後，斷開第一條輸氮支管，使第 二條輸氮支管與輸氮管路相連通，以此類推，直至工作面開採結束。
【文檔編號】E21F5/00GK104329109SQ201410436895
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】張勳, 鄧存寶, 王繼仁, 金智新, 王雪峰, 戴鳳威, 高飛 申請人:遼寧工程技術大學